Study of zeolite influence on analytical characteristics of urea biosensor based on ion-selective field-effect transistors

A possibility of the creation of potentiometric biosensor by adsorption of enzyme urease on zeolite was investigated. Several variants of zeolites (nano beta, calcinated nano beta, silicalite, and nano L) were chosen for experiments. The surface of pH-sensitive field-effect transistors was modified with particles of zeolites, and then the enzyme was adsorbed. As a control, we used the method of enzyme immobilization in glutaraldehyde vapour (without zeolites). It was shown that all used zeolites can serve as adsorbents (with different effectiveness). The biosensors obtained by urease adsorption on zeolites were characterized by good analytical parameters (signal reproducibility, linear range, detection limit and the minimal drift factor of a baseline). In this work, it was shown that modification of the surface of pH-sensitive field-effect transistors with zeolites can improve some characteristics of biosensors

Clinic pathogenetic characteristics of computer addiction

Objective: sto study the clinical picture, psychopathological dynamics and significant pathogenetic factors of computer addiction development (CA).Materials and methods: the study included 93 patients with CA. The control group (CG) was represented by 50 healthy volunteers. Methods: clinical, psychological, paraclinical (brain MRI; EEG; daily excretion level of adrenaline, norepinephrine, dopamine; blood serotonin level; molecular genetic studies), statistical.Results: It is established, that the clinical picture of CA is represented by episodes of computer activity (CAct) and non-episode periods. Their features form a single syndrome of addiction to CAct. Increase of symptoms’ severity and their complication occur due to addition of the altered reactivity syndrome. The clinical-dynamic model of CA development is characterized by phasing with the presence of the initial stage and the stage of the expanded clinical picture. The disorder has a predisposition. The personality component of the predisposition includes the predominance of accentuations of unstable and schizoid types, low rates of internality in both groups. The morphofunctional component includes Val158Met polymorphism features of the COMT gene as predominance (59.1 %) of homozygotes for the Val allele and a high frequency of CNS structural anomalies (55 patients; 62.5 %). The gender component characterizes the predominance of males in CA. Some pathogenetic mechanisms of CA are established: impaired catecholamine and serotonin neuromediation, impaired bioelectrical brain activity with a high prevalence (47.0 %) of paroxysmal activity.Conclusions: Based on the identified pathogenetic mechanisms, the following approaches to the CA treatment are recommended: psychotherapy, psychopharmacotherapy, and their combination

Mothers of schizophrenic patients: medical and psychological aspects of the problem

Thus, we can talk about the obvious mutual influence between a child with schizophrenia and his mother. On the one hand, it can be manifested in the form of the fact that a certain number of personal characteristics of the mother is accompanied by the formation of high rates of schizoid and neurotic child. Of course, the presence of a certain psychological type of mother (as the only reason) is not enough for the emergence and development of schizophrenia, but the subsequent development of the child’s personal disorders, as a borderline between the norm and pathology, can already be the ground for the development of the disease in the presence of other more significant causes (for example, hereditary). On the other hand, the disease of the child can be a significant stress factor for the mother, leading to the formation of her manifestations of emotional stress and psychological maladjustment, which, in turn, can adversely affect not only the features of her relationship with the child, but also on the features of the course of his disease. The mechanisms of formation of such a «vicious circle» are poorly studied even theoretically, not to mention the fact that in routine psychiatric practice these issues do not fall into the focus of the psychiatrist’s attention, are not taken into account in the development of therapy strategy. However, the parameters of interaction between mother and child, the level of their mutual empathy, can be important for the formation of compliance in the treatment of schizophrenia, as the «conductor» of therapy in relation to a small patient is the mother. There is also no doubt that the level of mental health of the mother is an important resource for maintaining the viability of the whole family system and, in particular, a necessary condition for the organization of adequate therapy for a child with schizophrenia. Therefore, the study of the issues of mutual influence of the patient with schizophrenia and his mother, the development of ways to correct the problems arising in this case are an important scientific and practical task of modern psychiatry

РОЗРОБКА ВИСОКОЧУТЛИВОГО ТА СЕЛЕКТИВНОГО АМПЕРОМЕТРИЧНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА ДЛЯ СТВОРЕННЯ IN VIVO БІОСЕНСОРІВ

Universal amperometric microtransducer based on modified carbon fiber was developed for microbiosensors based on oxidoreductases (enzymes which catalyse substrate oxidation with accumulation of hydrogen peroxide). To improve sensitivity and selectivity of the microelectrode to hydrogen peroxide, its working surface was metallized with ruthenium, which resulted in increase of sensitivity by orders. For further increase of selectivity, various polymeric films on the basis of three diaminobenzene isomers were deposited onto ruthenized electrodes. The best characteristics were obtained for the microelectrodes modified with ruthenium and covered with polymeric membrane based on metha-diaminobenzene; therefore they were selected for further work.The modified microtransducer was used to elaborate a lactate oxidase based microbiosensor, highly specific and sensitive to lactate, as a model of oxidoreductase biosensor. The developed lactate biosensor was modified with additional semi-permeable membrane on the basis of polymers nafion and polyurethane which allowed to extend linear range of measuring lactate concentrations up to the values typical for rat brain.Разработан универсальный амперометрический микропреобразователь на основе модифицированного углеродного волокна для создания микробиосенсоров на основе оксидоредуктаз (ферментов, которые катализируют окисление субстратов с накоплением перекиси водорода). С целью увеличения чувствительности и селективности микроелектрода к перекиси водорода, была проведена металлизация его рабочей поверхности рутением. Как результат, получено увеличение чувствительности электрода к перекиси водорода на порядки. Потом для последующего повышения селективности на рутенизированные микроэлектроды были нанесены разные варианты полимерных пленок на основе трех изомеров диаминобензола. Наилучшие характеристики были обнаружены для микроэлектродов модифицированных рутением и покрытых полимерной мембраной на основе мета-диаминобензола. Именно такие микроэлектроды и были выбраны для последующей работы.Модифицированный микропреобразователь был использован для разработки чувствительного к лактату биосенсора на основе лактатоксидазы (как модели оксидоредуктазного биосенсора). Разработанный лактатный микробиосенсор был модифицирован дополнительной полупроницаемой мембраной на основе полимеров нафиона и полиуретана, что позволило расширить линейный диапазон биосенсорного определения лактата и сместить его в диапазон концентраций лактата, которые присутствуют в мозге крыс.Розроблено універсальний амперометричний мікроперетворювач на основі модифікованого вуглецевого волокна для створення мікробіосенсорів на основі оксидоредуктаз (ферментів, які каталізують окислення субстратів з накопиченням перекису водню). З метою збільшення чутливості та селективності мікроелектрода до перекису водню, була проведена металізація його робочої поверхні рутенієм. Як результат, отримано збільшення чутливості електроду до перекису водню на порядки. Потім для подальшого підвищення селективності на рутенізовані мікроелектроди було нанесено різні варіанти полімерних плівок на основі трьох ізомерів діамінобензолу. Найкращі характеристики були виявлені для мікроелектродів модифікованих рутенієм та покритих полімерною мембраною на основі мета-діамінобензолу. Саме такі мікроелектроди і були вибрані дляподальшої роботи.Модифікований мікроперетворювач було використано для розробки високо специфічного і чутливого до лактату біосенсора на основі лактат оксидази (як моделі оксидоредуктазного біосенсора). Розроблений лактатний мікробіосенсор було модифіковано додатковою напівпроникною мембраною на основі полімерів нафіону та поліуретану, що дозволило розширити лінійний діапазон біосенсорного визначення лактату та змістити його в межі концентрацій лактату, які присутні в мозку щурів

КОНДУКТОМЕТРИЧНИЙ БІОСЕНСОР НА ОСНОВІ ТРИФЕРМЕНТНОЇ СИСТЕМИ ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОГО ВИЗНАЧЕННЯ ІОНІВ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ

The data on development of highly sensitive and selective conductometric biosensor for determination of heavy metal ions are presented. A differential pair of gold planar thin-film interdigitated electrodes deposited on the ceramic substrate was used as a conductometric transducer. As a bioselective element, the three-enzyme system (invertase, mutarotase, glucose oxidase) immobilized on the transducer surface was more sensitive and selective to heavy metal ions as compared with other enzymatic systems due to summary inhibition effect of three enzymes. The enzymes ratio in mem-brane was chosen experimentally taking into consideration obtaining maximal biosensor sensitivity both to the substrate (sucrose) and to heavy metal ions. The optimum time of the biosensor incubation in solution of toxic compounds, required to ensure necessary sensitivity was determined to be 30 min. The calibration curves for determination of different heavy metal ions were obtained. The biosensor selectivity to other groups of toxins was studied too. The biosensor developed is characterized in high sensitivity and selectivity to Hg2+ and Ag+ in comparison with known biosensors for heavy metal ions analysis. Therefore it can be recommended at express analysis of heavy metals in ecological monitoring.В работе представлены данные по разработке высокочувствительного селективного кондуктометрического биосенсора для определения ионов тяжелых металлов. Как кондуктометрический преобразователь использовалась дифференциальная пара золотых планарных гребенчатых электродов, нанесенных на ситаловую подложку. Роль биоселективного элемента выполняла трехферментная система (инвертаза, мутаротаза, глюкозооксидаза), иммобилизованная на поверхность преобразователя. Эта трехферментная система была более чувствительна и селективна по сравнению с другими ферментными системами за счет суммарного эффекта ингибирования трех ферментов. Соотношения ферментов в мембране подбирали экспериментально, принимая во внимание достижение наибольшей чувствительности биосенсора как к субстрату (сахарозе), так и к ионам тяжелых металлов. В работе установлено оптимальное время инкубации биосенсора в растворе токсинов, которое составляло 30 минут. Получены калибровочные кривые для определения разных ионов тяжелых металлов кондуктометрическим биосенсором. Также была проверена его селективность относительно других групп токсинов. Разработанный биосенсор характеризовался высокой чувствительностью и селективностью к ионам Hg2+ и Ag+, по сравнению с известными на данный момент биосенсорами для анализа тяжелых металлов. Потому он может быть использован в качестве экспресс-метода при анализе реальных образцов в экологическом мониторинге.В роботі представлено дані щодо розробки високочутливого селективного кондуктометричного біосенсора для визначення іонів важких металів у водних розчинах. Як кон- дуктометричний перетворювач використовувалася диференційна пара планарних золотих гребінчастих електродів, нанесених на ситалову підкладку. Роль біоселективного елементу відігравала триферментна система (інвертаза, мутаротаза, глюкозооксидаза), іммобілізована на поверхню перетворювача, яка є чутливішою і селективнішою у порівнянні з іншими ферментними системами за рахунок сумарного ефекту інгібування трьох ферментів. Співвідношення ферментів в мембрані підбирали експериментально, маючи на меті досягнення найбільшої чутливості біосенсора як до субстрату (сахарози), так і до важких металів. В роботі встановлено оптимальний час інкубації біосенсора в розчині токсинів для отримання необхідної чутливості, який становив 30 хвилин. Отримано калібрувальні криві для визначення різних іонів важких металів кондуктометричним біосенсором та перевірено його селективність щодо інших груп токсинів. Розроблений біосенсор характеризується більшою чутливістю та селективністю до іонів Hg2+ та Ag+ у порівнянні з відомими на даний момент біосенсорами для аналізу важких металів і може бути рекомендований при експрес-аналізі реальних зразків в екологічному моніторингу

РОЗРОБКА НОВОГО БІОСЕНСОРА ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ АРГІНІНУ В ФАРМАЦЕВТИЧНИХ ПРЕПАРАТАХ

Arginine is a semi-essential amino acid, which means that there are biochemical ways for its biosynthesis, but in certain periods of life (e.g. at intense growth and development) and at some diseases the amount of amino acid biosynthesized in the organism is insufficient, therefore it should be provided by food. At present, pharmaceutical manufacturers offer a number of preparations based on the amino acid arginine. Unfortunately, there is no proper control of arginine concentration in the produced preparations, which results in the risk of the presence of counterfeit drugs in the pharmaceutical market. Therefore, the development of a portable device for determination of arginine concentration in pharmaceuticals is greatly needed.The aim of this work was the development of a new biosensor for arginine determination in pharmaceutical preparations.Methods: The conductometric method of analysis was used. The gold interdigitated electrodes deposited on sital substrate served as conductometric transducers. Two-layer co-immobilisation of urease and arginase on the transducer surface was performed by covalent cross-linking of enzymes with BSA by glutaraldehyde.Results: The most suitable method of urease immobilization was chosen to develop the technique of immobilization of both enzymes. The main parameters of the developed technique of immobilization (concentrations of both enzymes and GA, incubation time) were optimized. An influence of the buffer parameters (solution ionic strength, capacity and pH) on the biosensor operation was studied. The signals reproducibility and operational stability of the developed biosensor were investigated. Using the developed biosensor the arginine concentration was measured in some medications.Conclusions: A new conductometric biosensor based on two enzymes (arginase and urease) was developed for arginine determination. The developed biosensor can be successfully used to analyze the arginine concentration in pharmaceuticals. The obtained results correlated well with the values stated by the producers.В работе разработан новый кондуктометрический биосенсор на основе двух ферментов (аргиназа и уреаза) для определения аргинина. Для отработки методики иммобилизации обоих ферментов при разработке биосенсора для определения аргинина проведено выбор наиболее приемлемого метода иммобилизации с помощью уреазы. Проведена оптимизация основных параметров выбранной методики иммобилизации (концентрации обоих ферментов в составе биосенсора, концентрация глутарового альдегида, время инкубации). Далее изучено влияние параметров раствора на работу биосенсора (ионная сила буферного раствора, буферная емкость и рН раствора) и подобраны оптимальные условия его функционирования. Кроме того, в работе были исследованы основные характеристики каждого биосенсора, такие как воспроизводимость и операционная стабильность сигналов разработанного биосенсора, изучено как меняется величина сигнала биосенсора при непрерывной работе в течение рабочего дня и в течение недели.С использованием разработанного биосенсора на основе коиммобилизованных уреазы и аргиназы провели определение концентрации аргинина в некоторых лекарственных препаратах. Полученные результаты хорошо коррелировали с концентрациями аргинина, заявленными фармацевтическими предприятиями.Аргінін є напівнезамінною амінокислотою, тобто існують біохімічні шляхи для її біосинтезу, але в певні періоди життя, такі як інтенсивний ріст, розвиток, а також при деяких захворюваннях, вони не можуть забезпечити організм достатньою кількістю цієї амінокислоти, через це вона повинна потрапляти в організм із їжею. На сьогодні фармацевтичні виробники пропонують низку препаратів на основі амінокислоти аргінін. На жаль, при виробництві може здійснюватись неналежний контроль концентрації аргініну, і на фармацевтичному ринку часто з’являються фальсифіковані препарати. Відповідно доцільним є розробка пристрою, який зміг би експресно визначати концентрацію аргініну в фармпрепаратах.Метою даної роботи була розробка нового біосенсору для визначення аргініну в фармацевтичних препаратах.Методи дослідження: В роботі використовували кондуктометричний метод аналізу. Як кондуктометричні перетворювачі в роботі використовували золоті гребінчасті електроди, нанесені на ситалову підкладку. Коіммобілізацію уреази та аргіназу на поверхню перетворювача проводили шляхом ковалентного зшивання ферментів з БСА за допомогою глутарового альдегіду.Результати дослідження: При розробці біосенсора для визначення аргініну, при розробці методики іммобілізації двох ферментів, було проведено вибір найбільш прийнятного методу іммобілізації уреази. Проведено оптимізацію основних параметрів вибраної методики іммобілізації (концентрації обох ферментів в складі біосенсора, концентрацію ГА, час інкубації). Вивчено вплив параметрів розчину на роботу біосенсора (іонна сила буферу, буферна ємність та рН розчину). Досліджено відтворюваність та операційну стабільність сигналів розробленого біосенсора. З використанням розробленого біосенсора провели дослідження концентрації аргініну в деяких лікарських препаратах.Висновки: В роботі розроблено новий кондуктометричний біосенсор на основі двох ферментів (аргіназа та уреаза) для визначення аргініну. Розроблений біосенсор можна з успіхом використовувати для аналізу концентрації аргініну у фармпрепаратах. Отримані результати гарно корелювали із концентраціями аргініну, заявленими фармацевтичними підприємствами

Elaboration of Urease Adsorption on Silicalite for Biosensor Creation

A possibility of efficient urease adsorption on silicalite for the purpose of biosensor creation was investigated. The procedure of urease adsorption on silicalite is notable for such advantages as simple and fast performance and non-use of toxic or auxiliary compounds. Optimal conditions for modifying transducer surfaces with silicalite and subsequent urease adsorption on these surfaces were selected. The working parameters of the created biosensor were optimized. The developed biosensor with adsorbed urease was characterized by good intra-reproducibility (RSD 4.5?%), improved inter-reproducibility (RSD of urea determination is 9?%) and operational stability (less than 10?% loss of activity after 10 days). Besides, the developed method for enzyme adsorption on silicalite was compared with the traditional methods of urease immobilization in biosensorics. Working conditions of the produced biosensor (pH and ionic strength) were shown to be close to those of the biosensor based on urease immobilized in GA vapor. For these reasons, it was concluded that the method of enzyme adsorption on silicalite is well-suited for biosensor standardization aimed at its further manufacture